УПРАВЛЯЕМЫЙ КАСКАДНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИВОД

УПРАВЛЯЕМЫЙ КАСКАДНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИВОД


RU (11) 2173927 (13) C1

(51) 7 H02K17/34 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 17.10.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(14) Дата публикации: 2001.09.20 
(21) Регистрационный номер заявки: 2000118199/09 
(22) Дата подачи заявки: 2000.07.10 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2000.07.10 
(45) Опубликовано: 2001.09.20 
(56) Аналоги изобретения: RU 2050672 C2, 20.12.1995. SU 79632 A, 28.02.1950. SU 45673 A, 31.01.1936. DE 1221350 A, 21.07.1966. МОСКАЛЕНКО В.В. Электрический привод. -M.: Высшая школа, 1991, с. 144 
(71) Имя заявителя: Кубанский государственный технологический университет 
(72) Имя изобретателя: Гайтов Б.Х.; Попов Б.К.; Попова О.Б. 
(73) Имя патентообладателя: Кубанский государственный технологический университет 
(98) Адрес для переписки: 350072, г.Краснодар, ул. Московская, 2, КубГТУ, пат.отдел 

(54) УПРАВЛЯЕМЫЙ КАСКАДНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИВОД 
Использование: в промышленности, строительстве, транспорте и других отраслях. Технический результат заключается в регулировании скорости и момента при постоянной механической мощности, снимаемой с вала. Магнитные системы двух электродвигателей выполнены аксиальными и расположены в одном корпусе и на одном валу, который горизонтально закреплен в подшипниковых узлах корпуса. Одной стороной статор первого электродвигателя присоединен к корпусу. На другой его стороне между его трехфазной обмоткой и валовым отверстием расположены катушки управляемых муфт. Ротор первого электродвигателя, расположенный на подшипнике, с одной стороны имеет два кольца малого и большого диаметров из немагнитного материала, а с другой стороны - кольцеобразные щели, расположенные напротив колец. Статор второго электродвигателя, на котором установлены скользящие контакты, расположен на подшипнике и имеет выступ в виде широкого тонкого кольца, заходящий в щель большого диаметра ротора электродвигателя. Ротор второго электродвигателя жестко соединен с валом. Между ротором первого и статором второго электродвигателей расположена металлическая деталей в виде полого стакана, выступом заходящая в щель малого диаметра ротора первого электродвигателя. Выходным элементом является общий вал. 3 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам с несколькими роторами и статорами и электроприводу, и может быть эффективно применено в промышленности, строительстве, транспорте и других отраслях.
Известен асинхронный многоскоростной электродвигатель (см. Москаленко В. В. Электрический привод. М. : Высшая школа, 1991, с.144), представляющий собой обычную асинхронную машину цилиндрического исполнения с короткозамкнутым ротором. Статорная обмотка данного электродвигателя состоит из двух одинаковых секций (полуобмоток). За счет разных схем их соединения может быть изменено число пар полюсов p асинхронного двигателя. В соответствии с формулой

0 = 2f1/p = 2n1,

где 0 и n1 - угловая скорость вращения и частота вращения магнитного поля;

f1 - частота питающей сети,

это техническое решение позволяет изменять угловую скорость вращения магнитного поля и тем самым регулировать угловую скорость вращения асинхронного двигателя.
Однако такая конструкция не позволяет сохранить механическую мощность PMEX на валу постоянной при различных значениях p. Поэтому данный многоскоростной асинхронный электродвигатель в режиме с числом пар полюсов p/2 имеет завышенные габаритные размеры по сравнению с двигателем такой же угловой скорости вращения и такого же момента М, а стоимость такого привода в результате велика. Использование обмоток с переключением числа пар полюсов вызывает усложнение, связанное с применением силовой коммутационной аппаратуры. Также ухудшаются энергетические показатели двигателя и увеличиваются массогабаритные параметры.
Наиболее близким к изобретению по физической сущности и достигаемому результату является каскадный электрический привод (см. патент N 2050672, 1995 г. , авторы Чесноков Г.А., Колесников Д.П., Котов В.А., Иванов В.А.), содержащий два соединенных соосно электродвигателя, каждый из которых включает внутренний магнитопровод, установленный на валу, и наружный магнитопровод, причем пара одноименных магнитопроводов электродвигателей жестко соединены между собой, а один из одноименных магнитопроводов другой пары установлен неподвижно, тогда как второй магнитопровод другой пары установлен с возможностью вращения и является выходным элементом привода. Для получения угловой скорости вращения 2 и момента М внутренние магнитопроводы электродвигателей соединяют между собой жестко, а с наружного магнитопровода одного из них снимают измененную скорость 2 и момент М. Механическая мощность, снимаемая с наружного магнитопровода, PMEX = (2)M = 2M. Если необходимо получить момент 2M и угловую скорость вращения , наружные магнитопроводы электродвигателей соединяют между собой жестко, а с внутреннего магнитопровода снимают момент 2M и угловую скорость вращения . Механическая мощность, снимаемая с внутреннего магнитопровода, PMEX = (2M) = 2M. Механические мощности, снимаемые с разных выходных элементов (внешний и внутренний магнитопроводы), равны.
Однако конструкция такого каскадного электрического привода сложна из-за необходимости штамповки листов цилиндрических внутренних и наружных магнитопроводов. Стоимость такого электропривода велика из-за большого расхода электротехнической стали, связанного с высоким процентом ее отходов при штамповке. Недостатком также являются большие габариты данной установки, так как соответствующие внутренний и внешний магнитопроводы расположены в своем отдельном корпусе и тот факт, что одинаковая механическая мощность снимается с разных выходных элементов - внутреннего и внешнего магнитопроводов.
Предлагаемое изобретение лишено вышеуказанных недостатков и решает задачу обеспечения возможности регулирования скорости и момента при постоянной механической мощности, снимаемой с вала.
Для этого управляемый каскадный электрический привод содержит два соединенных соосно электродвигателя, магнитные системы которых выполнены аксиальными и расположены в одном корпусе и на одном валу, который горизонтально закреплен в подшипниковых узлах корпуса, причем одной стороной статор первого электродвигателя присоединен к корпусу, а на другой стороне статора между его трехфазной обмоткой и валовым отверстием расположены катушки управляемых муфт, ротор первого электродвигателя, расположенный на подшипнике, с одной стороны имеет два кольца малого и большого диаметров из немагнитного материала, а с другой стороны - кольцеобразные щели, расположенные напротив колец, статор второго электродвигателя, на котором установлены скользящие контакты, расположен на подшипнике и имеет выступ в виде широкого тонкого кольца, заходящий в щель большего диаметра ротора первого электродвигателя, ротор второго электродвигателя жестко соединен с валом, а между ротором первого и статором второго электродвигателей расположена металлическая деталь в виде полого стакана, выступом заходящая в щель малого диаметра ротора первого электродвигателя, причем выходным элементом является общий вал.
На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого управляемого каскадного электрического привода в разрезе, на фиг. 2 - магнитная система ротора первого электродвигателя, на фиг. 3 - общий вид и вид сбоку магнитной системы статора второго электродвигателя.
Управляемый каскадный электрический привод содержит (см. фиг. 1): корпус 1, горизонтально расположенный на подшипниках 2 вал 3, на котором расположены четыре магнитопровода с соответствующим чередованием: статор 4 и ротор 5 первого аксиального электродвигателя, статор 6 и ротор 7 второго аксиального электродвигателя, имеющие собственные обмотки, соответственно 8,9,10 и 11. Ротор 5 и статор 6 расположены на валу на подшипниках 12 и 13, тогда как статор 4 жестко соединен с корпусом, например, болтами, а ротор 7 жестко соединен с валом 3. Статор 6 имеет выступ 14 в виде широкого тонкого кольца для создания в процессе работы жесткого соединения с ротором 5. Между статором 6 и ротором 5 расположена металлическая деталь 15 в виде полого стакана. На роторе 5 с одной стороны расположены два кольца малого 16 и большого 17 диаметров из немагнитного материала, а с другой стороны имеются кольцеобразные щели 18 и 19, расположенные соответственно напротив колец 16 и 17. Одной стороной статор 4 присоединен к корпусу, а на другой стороне статора имеются расположенные в нем катушки управляемых муфт 20,21, находящиеся напротив колец 16 и 17. Своим выступом 14 статор 6 входит в щель 19 ротора 5, металлическая деталь 15 входит в щель 18 ротора 5, а свободное пространство щелей 19 и 18 заполнено ферромагнитным порошком 22. На статоре 6 второго электродвигателя расположены скользящие контакты 23, на которые подается напряжение питающей сети.
Ферромагнитный порошок 22, расположенный в щелях 18 и 19 (фиг. 2), может быть защищен от высыпания, например постоянными магнитами.
Выступ 14 статора 6 (фиг. 3) выполнен из того же материала, что и сам магнитопровод (статор 6).
Управляемый каскадный электрический привод работает следующим образом.
Для получения двойной угловой скорости вращения и момента М на валу 3 необходимо сначала на катушку 21 управляемой муфты, а потом и на скользящие контакты 23, подать напряжение питающей сети. При подключении катушки 21 управляемой муфты к напряжению сети создается магнитное поле, силовые линии которого проходят по магнитопроводу статора 4 вокруг катушки 21 далее через зазор попадают в магнитопровод ротора 5 и проходят вокруг кольца 17 из немагнитного материала, пересекая при этом щель 19, в которой располагаются выступ 14 статора 6 и ферромагнитный порошок 22, далее проходит между кольцами 17 и 16, потом через зазор и опять в магнитопровод статора 4. Под действием магнитного поля ферромагнитный порошок твердеет и создается тем самым жесткое соединение ротора 5 и статора 6. Далее обмотка 8 статора 4 подключается к питающей сети и создается вращающееся магнитное поле, частота вращения которого n1. Если ротор 5 неподвижен или вращается с частотой np1, меньшей n1, то вращающееся поле индуктирует в проводниках ротора 5 электродвижущую силу и по ним проходит ток, который, взаимодействуя с магнитным потоком, создает электромагнитный момент, увлекающий ротор 5 за вращающимся магнитным полем с частотой вращения

np1 = (l-s1)n1,

где s1 - скольжение первого аксиального электродвигателя.
После осуществления пуска первого аксиального электродвигателя на трехфазную обмотку 10 статора 6, вращающегося с частотой вращения np1, через скользящие контакты 23 подается напряжение питающей сети. Создается вращающееся магнитное поле, частота вращения которого

nc2=n1+np1=n1+(l-s1)n1= (2-s1)n1,

где n1 - частота вращения магнитного поля статора 6.
Если ротор 7 неподвижен или вращается с частотой np2, меньшей nc2, то вращающееся поле индуктирует в проводниках ротора 7 электродвижущую силу и по ним проходит ток, который, взаимодействуя с магнитным потоком, создает электромагнитный момент, увлекающий ротор 7 за вращающимся магнитным полем с частотой вращения.
np2= (l-s2)nc2=(l-s2)(2-s1)n1= (2-s1-s2+s2s1-s2)n1= [(2-s1-s2)-s2(l-s1)] n1,

где s2 - скольжение второго аксиального электродвигателя.
Так как величина s2(l-s1) очень мала, то выражение для частоты вращения ротора 7 принимает вид np2=(2-s1-s2)n1.
По известной формуле мощность PMEX1, снимаемая с вала 3, будет равна



где p2 и 0 - угловые скорости вращения вала 3 и магнитного поля;

М - момент вращающегося магнитопровода 7 (ротора).
Для получения момента 2M и одинарной угловой скорости вращения на валу 3 необходимо отключить обмотку 21 и скользящие контакты 23 от напряжения питающей сети, затормозить статор 6, а потом подать напряжение питающей сети на катушку 20 управляемой муфты и скользящие контакты 23. Обмотка 21 отключается от питания, и ферромагнитный порошок размагничивается, разрушая жесткую связь между ротором 5 и статором 6. Когда на катушку 20 управляемой муфты подается питающее напряжение, она создает магнитное поле, силовые линии которого проходят по магнитопроводу статора 4 вокруг катушки 20, далее через зазор попадают в магнитопровод ротора 5 и проходят вокруг кольца 16 из немагнитного материала, пересекая при этом щель 18, в которой располагаются выступ металлической детали в виде стакана 15 и ферромагнитный порошок 22, далее проходит под кольцом 16, потом через зазор и опять в магнитопровод статора 4. Под действием магнитного поля ферромагнитный порошок твердеет и создается тем самым жесткое соединение ротора 5 с валом 3. Статор 6 тормозится, например, управляемой муфтой. Ротор 5 продолжает вращаться с частотой p1=(l-s1)n1. Так как статор 6 стал неподвижным, то его магнитное поле стало вращаться с частотой n1, а ротор 7 под действием электромагнитного момента М будет вращаться с частотой np2(l-s2)n1. На валу 3 будет иметь место частота вращения

np1,2=0.5(np1+np2)=0.5[(l-s1)n1+ (l-s1)n1]=0.5(2-s1-s2)n1.
Тогда по известной формуле мощность PMEX2, снимаемая с вала 3, будет равна



где p1,2 - угловая скорость вращения вала 3;

2M - двойной момент, созданный роторами 6 и 7.
В результате выводов получаем равенство механических мощностей

PMEX1=PMEX2.
Таким образом, данная конструкция позволяет снять с общего вала, который является выходным элементом электропривода, равные механические мощности для разных вариантов работы управляемого каскадного электрического привода - это двойная угловая скорость вращения вала при моменте М на валу и одинарная угловая скорость вращения вала при моменте 2M на валу. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


Управляемый каскадный электрический привод, содержащий два соединенных соосно электродвигателя, отличающийся тем, что магнитные системы двух электродвигателей выполнены аксиальными и расположены в одном корпусе и на общем валу, который горизонтально закреплен в подшипниковых узлах корпуса, причем одной стороной статор первого электродвигателя жестко соединен с корпусом, а на другой его стороне между его трехфазной обмоткой и валовым отверстием расположены катушки управляемых муфт, находящиеся напротив двух колец малого и большого диаметров из немагнитного материала расположенного на подшипнике ротора первого электродвигателя, с другой стороны которого выполнены кольцеобразные щели, свободное пространство которых заполнено ферромагнитным порошком, статор второго электродвигателя расположен на подшипнике и имеет выступ в виде широкого тонкого кольца из того же материала, что и сам статор, и заходит в щель большого диаметра ротора первого электродвигателя, обеспечивая при подключении к сети одной катушки управляемой муфты жесткую связь ротора первого электродвигателя и статора второго электродвигателя, ротор которого жестко соединен с валом, причем между ротором первого и статором второго электродвигателя расположена металлическая деталь в виде полого стакана, выступом заходящая в щель малого диаметра ротора первого электродвигателя, обеспечивающая при подаче напряжения питающей сети в другую катушку управляемой муфты жесткую связь ротора первого электродвигателя с общим валом, который является выходным, а на статоре второго электродвигателя расположены скользящие контакты, на которые подается напряжение питающей сети.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Электроника и электротехника




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+автомобильная -сигнализация".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "датчик" будут найдены слова "датчик", "датчики" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("датчик!").


Металлоискатели и металлодетекторы | Электронные устройства охраны и сигнализации | Электронные устройства систем связи | Приемные и передающие антенны | Электротехнические и радиотехнические контрольно-измерительные приборы и способы электроизмерений | Электронные устройства пуска, управления и защиты электродвигателей постоянного и переменного тока | Электродвигатели постоянного и переменного тока | Магниты и электромагниты | Кабельно-проводниковые и сверхпроводниковые изделия


Рейтинг@Mail.ru